Теплообменник

 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 

     Задание для курсового проекта

    

     Введение ………………………………………………………... 4 

     1.Теоретические основы процесса………………………………5 

        1.1.Физико-химические основы воды………………………..10 

        1.2.Физико-химические свойства этилового спирта………...12 

        1.3.Техника безопасности……………………………………..15 

     2.Расчёт теплообменника………………………………………..16 

     3.Заключение……………………………………………………..22   

     4.Список использованных источников…………………………23

     

     5.Приложение…………………………………………………….24

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Значение  и развитие химической промышленности. 

            Значение химической промышленности определяется тем, что  она обеспечивает народное хозяйство огромным количеством продуктов, без которых была бы невозможна жизнь современного общества.

         Химическая переработка ископаемого  топлива, то есть каменного  угля, нефти, природного газа, торфа и сланца, позволяет получить такие важнейшие продукты , как кокс, моторные топлива, смазочные масла, горючие газы и большое количество органических веществ. Без кокса невозможна современная металлургия, а следовательно, и все зависящие от неё отрасли хозяйства, в том числе машиностроение. Без бензина, лигроина и других моторных топлив была бы невозможна работа авиационного и автомобильного транспорта. Велико значение горючих газов в быту и промышленности, как беззольного, так и бездымного топлива. На базе органических веществ, полученных при переработке природных газов, нефти, угля, торфа и сланца, производятся красители, лаки, лекарственные препараты, спирты, взрывчатые вещества и другие продукты, потребляемые в самых различных производствах и в быту. Особенно большое значение имеют получаемые из продуктов переработки топлива высокомолекулярные синтетические материалы - смолы, используемые для производства пластических масс, синтетических волокон и каучуков.

       Из угля (природных газов), воды  и воздуха на химических заводах  получают аммиак и азотную кислоту, а из них производят минеральные удобрения, различные синтетические вещества и другие материалы. Серная кислота, получаемая из природных минералов – серного колчедана или серы, применяется во многих производствах. При помощи её нерастворимые в воде минералы – апатит или фосфорит – перерабатывают в суперфосфат или другие фосфорные удобрения. Производство цветных металлов и машиностроение, текстильная, кожевенная и пищевая промышленности потребляют серную

кислоту или её соли. На транспорте применяют сернокислотные (свинцовые) аккумуляторы.

       Из поваренной соли получают  соляную кислоту, соду, едкий натр (гид-

роксид натрия) и хлор, которые в свою очередь применяют в производстве

алюминия, стекла, мыла, бумаги, хлопчатобумажных и шерстяных тканей,

пластических  масс, искусственного волокна. Большое количество ценных  
 

 

продуктов получают при химической переработке дерева, в том числе шёлк и штапель, бумагу, пластические массы, бездымный порох, активный уголь, уксусную кислоту, метиловый и этиловый спирты, скипидар, канифоль, ацетон. Химическими способами производят радиоактивные вещества, используемые в атомной энергетике.

        Продолжается всестороннее развитие  химической промышленности и в настоящее время. Особенно бурное её развитие происходит в восточных районах на базе имеющихся там богатых запасов сырья. Для новых заводов и реконструкции старых требуется громадное количество технически совершенного оборудования, поэтому быстро развивается химическое машиностроение. Новые крупные химические комбинаты производят на базе комплексного использования сырья разнообразные химические продукты; при этом происходит всё более тесное переплетение технологии неорганических и органических веществ и комбинирование химической промышленности, а также с производствами, относящимися к лёгкой и пищевой промышленности.

 

                                                                                            [4, с.8-10] 

1.Теоретические  основы процесса 

             Теплопередача – это наука о процессах распространения теплоты. Различают три различных способа переноса теплоты: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. В реальных установках теплота передаётся комбинированным путём, однако вклад этих трёх составляющих в общий перенос теплоты неодинаков и определяется многими условиями: природой теплоносителя, агрегатным состоянием, температурным и гидродинамическим условиям и т.д.

             В промышленности теплообмен между рабочими телами (теплоносителями) происходит в специально сконструированных аппаратах, которые называются теплообменниками. Они должны отвечать определённым общим требованиям: обладать высокой тепловой производительностью и экономичностью, обеспечивать заданные технологические условия процесса, быть просты по конструкции, компактны, обладать современным техническим и эстетическим дизайном, иметь длительный срок службы, соответствовать требованиям СНИП и ведомственным правилам Госгортехнадзора. Особые требования предъявляются к обеспечению надёжности работы аппаратов, возможности автоматического регулирования режимно-технологических параметров и аварийного отклонения. 

     В химической технологии теплообменные аппараты довольно широко распространены, применяются в различных производствах легкой и тяжелой промышленности. Для обеспечения того или иного технологического процесса применяются различные типы теплообменных аппаратов. Основную группу теплообменных аппаратов, применяемых в промышленности, составляют поверхностные теплообменники, в которых теплота от горячего теплоносителя передается холодному теплоносителю через разделяющую их стенку. Другую группу составляют теплообменники смешения, в которых теплота передается при непосредственном соприкосновении горячего и холодного теплоносителей.

      Теплообменные аппараты классифицируются:

1. По назначению:
1. холодильники; 
2. подогреватели;
3. испарители;
4. конденсаторы.
2. По конструкции:

- изготовленные из труб:

1. теплообменники «труба в трубе»;
2. оросительные теплообменники;
3. погружные змеевиковые;
4. тепобменники воздушного охлаждения;
5. из оребренных труб;
6. кожухотрубчатые теплообменники.

- с неподвижной трубной решеткой;

- с линзовым компенсатором;

- с плавающей головкой;

- с U-образными трубами.

3. По направлению движения теплоносителя:
1. прямоточные;
2. противоточные;
3. с перекрестным движением.

     Кожухотрубчатые теплообменные аппараты используются для практической реализации таких  процессов, как нагревание (охлаждение), конденсация и испарение. Соответственно аппараты называются теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями.

     Теплообменники  предназначены для проведения процесса теплообмена между теплоносителями, которые не изменяют своего агрегатного состояния в процессе теплообмена: это газо-жидкостные и жидкостно-жидкостные аппараты для проведения процессов охлаждения и нагревания.

     Холодильники  предназначены для охлаждения водой  или другими нетоксичными, не пожаро- и не взрывоопасными хладагентами жидких и газообразных сред. Работают, как правило, в области минусовых температур.

     В соответствии с ГОСТ 15120-79, ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15122-79 кожухотрубчатые теплообменники и холодильники изготавливают двух типов: «Н» - с неподвижными трубными решётками и «К» - с компенсатором температурных напряжений на кожухе.

     Необходимость использования компенсатора определяется предельно-допустимой разностью температур стенок труб и кожуха, равной 50ºС или  сравнительно большой длиной теплообменных  труб (более 6м).

     Конденсаторы предназначены для конденсации насыщенных паров. Обычно конденсацию осуществляют на наружной поверхности пучка труб в межтрубном пространстве. В химической промышленности для нагревания жидкостей и газов за счёт теплоты конденсации насыщенных паров чаще всего используется насыщенный водяной пар.

     Испарители  предназначены для проведения процессов испарения

     

жидкости  при кипении. При этом жидкость кипит  в трубах, а в межтрубное пространство подаётся греющий агент.

     В соответствии со стандартом, кожухотрубчатые испарители в этом случае могут быть только одноходовыми и вертикального исполнения [4].

     Из  нашего технического задания (см. выше) следует, что нам надо подобрать  кожухотрубчатый теплообменник (подогреватель) для нагревания насыщенным водяным паром смеси этанол-вода до температуры кипения.

     Исходя  из условий, которые приведены в  техническом задании целесообразно  назначить теплообменник типа ТНВ (теплообменник с неподвижными трубными решётками, вертикальный) ГОСТ 15122-79.

     Т.к. эти теплообменники используются при температуре жидких и газообразных сред от -70 до +350⁰С от 0,6 до 16 МПа поверхность теплообмена от 1 до 5000 м² [1]. 

     Достоинства этого теплообменного аппарата:

     а) простота конструкции;

     б) непрерывная передача тепла от одного теплоносителя к другому;

     в) интенсивный теплообмен.

     Недостатки:

     а) металлоемкость;

     б) температурные деформации;

     в) невозможность разборки и чистки трубного пространства.

     В итоге для данного процесса необходимо подобрать теплообменник типа ТНВ  по ГОСТ 15122-79 и провести для него тепловой, гидравлический и конструктивно-механический расчёты. 

                                                                 [6, с.423- 434; 9, с.1044-1050] 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         Рис.1: Пример схемы теплообменного процесса. 

      

1.1.Физико-химические  свойства воды 

         Вода - оксид углерода – Н₂О, молекулярная масса – 18,016, простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом. Жидкость без запаха, вкуса и цвета.

          Изотопный состав. Существует 9 устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее (молекулярные %): ¹Н₂¹⁶О -99,73; ¹Н₂¹⁸О – 0,2; ¹Н₂¹⁷О – 0,04; ¹Н²Н¹⁶О – 0,03; остальные 5 изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожных количествах. Кроме стабильных изотопных разновидностей, в воде содержится небольшое количество радиоактивного ³Н₂ (или Т₂О). изотопный состав природной воды разного происхождения несколько варьирует. Особенно непостоянно отношение ¹Н/²Н: в пресных водах – 6900, в морской воде – 5500, во льдах – 5500-9000.